高分子材料玻璃化轉變溫度測試方法

玻璃化轉變是非晶態高分子材料固有的性質，是高分子運動形式轉變的宏觀體現，它直接影響到材料的使用性能和工藝性能。目前檢測玻璃化轉變溫度的方法主要以下三種：差示掃描量熱法、靜態熱機械分析法、動態熱機械分析法。

玻璃化轉變溫度測試方法介紹

玻璃化轉變溫度是指聚合物由高彈態轉變為玻璃態或玻璃態轉變為高彈態所對應的溫度。從分子結構上講，玻璃化轉變溫度是高聚物無定形部分從凍結狀態到解凍狀態的一種松弛現象。玻璃化轉變是非晶態高分子材料固有的性質，是高分子運動形式轉變的宏觀體現，它直接影響到材料的使用性能和工藝性能，因此它是高分子物理研究的主要內容之一。目前檢測玻璃化轉變溫度的方法主要以下三種：差示掃描量熱法(DSC)、靜態熱機械分析法(TMA)、動態熱機械分析法(DMA)。

差示掃描量熱法(DSC)

DSC表征材料的玻璃化轉變溫度是測量材料的比熱容隨溫度的變化，Tg前后比熱容會發生較大變化，根據曲線可以確定玻璃化轉變溫度。玻璃化轉變溫度通常是一個吸熱方向的臺階，玻璃化轉變是一個區域，此法通常以與兩條外推基線的距離相等的線與曲線的交點作為玻璃化轉變溫度。下圖是DSC測試得到的曲線，我們常說的Tg溫度是與兩條外推基線距離相等的線與曲線的交點。

DSC測試Tg具有操作及制樣都非常簡單的優點，但是對于一些熱效應比較小的樣品，很難獲得Tg溫度，而且受熱歷史及固化反應的影響較大。

靜態熱機械分析法(TMA)

TMA法是依據聚合物在一定外力作用下，不同溫度下表現出的形變不一樣，在溫度-形變曲線上玻璃化轉變溫度處會有明顯的轉折，由此來確定玻璃化轉變溫度。下圖是TMA測試得到的曲線，玻璃化轉變溫度通常是指發生玻璃化轉變前后，在測量方向上尺寸隨溫度變化曲線的切線交點。

TMA適合測試固體及薄膜的玻璃化轉變溫度，對制樣有一定的要求，通常會受熱歷史及是否有軟化點的影響，不適合填充材料的測試。

動態熱機械分析法(DMA)

DMA法是利用聚合物在玻璃化轉變過程中粘彈性將發生很大的改變，儲存模量急劇下降得到相應的曲線來確定玻璃化轉變溫度的。下圖是DMA測試得到的曲線，可以看到在玻璃化轉變區域，儲存模量急劇下降直至穩定的平臺，通過曲線的切線的交點可以得到玻璃化轉變溫度。

DMA具有很高的靈敏度，能測到非常微弱的二次松弛過程，因此適合高結晶、高交聯的復合材料或填充材料的的測定。但是DMA制樣要求高，測試時間長，且夾具類型會影響測試結果，另熱歷史對結果也會產生影響。

以上三種方法均為玻璃化轉變溫度的測試方法，不同的方法得到的玻璃化轉變溫度是沒法比較的，因為不同方法原理不一樣，且玻璃化轉變是一個溫度區域內發生的，而不是發生于某一點(測試時取哪一點作為玻璃化轉變溫度點，一般參考相關標準)，因此測試方法選擇需要根據方法特點及樣品情況來進行評估，表征結果時需注明測試方法及測試條件。